(57)【要約】  内燃機関におけるピストンの高温ガス酸化を低減または防止するためのコーティングを開示する。前記コーティングは、ポリシラザン系ポリマーを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止するためのポリシラザン系ポリマーを含むコーティングの使用。
【請求項２】
ピストンクラウン領域がコーティングされる、請求項１に記載の使用。
【請求項３】
少なくとも燃焼ボウルの縁、好適には燃焼ボウル全体がコーティングされる、請求項１または２に記載の使用。
【請求項４】
無機または有機ポリシラザン、好適には無機ポリシラザンが、ポリマーのベースとして使用される、請求項１から３の何れか一項に記載の使用。
【請求項５】
コーティングの厚さが、０．２μｍから４００μｍ、好適には０．２μｍから１０μｍ、特に０．５μｍから２μｍである、請求項１から４の何れか一項に記載の使用。
【請求項６】
鋼製ピストンであり、好適にはＣｒＭｏ合金鋼のピストンであり、特に４２ＣｒＭｏ４ピストンである、請求項１から５の何れか一項に記載の使用。
【請求項７】
内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止する方法であって、請求項１から６の何れか一項に記載のコーティングをピストンの領域に施すステップを含む方法。
【請求項８】
ポリシラザンが、１５℃から２５５℃の温度で架橋される、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
コーティングが、その後少なくとも部分的にポリシロキサン系コーティングに変換される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも燃焼ボウルの縁にコーティングが設けられている、請求項１から６の何れか一項に記載のコーティングを含むピストンであって、特に内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止するためのポリシラザン系層の使用、およびこのコーティングを有するピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼製ピストンは、熱伝導率が低いために、アルミニウムピストンと比較してモータ内で非常に高温になる。結果として、鋼表面上で様々な反応が引き起こされる。したがって、例えば、ピストンクラウン内の燃焼ボウルの縁に酸化物層が形成され、この酸化物層が剥がれ、それによってこの点で材料層の厚さが減少する可能性がある。最悪の場合、ピストンに亀裂が生じ材料の破損に繋がる。
【０００３】
これまでのところ、この酸化という結果は、高価であるか、または他の理由で不利である手段によってのみ対抗することができる。１つの可能性として、ピストンを寸法の観点から強化することがあるが、それによりピストンは重くなる。しかしながら、ピストン重量が軽いことが、ＬＶＤピストン、すなわち乗用車または軽商用車のディーゼルモータ用のピストンにとって有利である。
【０００４】
酸化を低減するための異なる手段として、クロムおよびニッケルの含有量が多い特殊合金の使用がある。しかしながら、そのような合金は高価である。さらに、クロム含有量が多いことにより、マンガンリン酸化中の層形成が妨げられ、浴を維持するのに必要な労力をさらに増加させる。鋼製ピストンに保護用ガルバニックコーティングを施すことは、コスト高にも繋がる。
【０００５】
これまでのところ、熱伝導率を低下させるか、またはオイルカーボンケーキングを回避するために、ポリシラザンまたはポリシロキサン系のコーティングがピストンに使用された（例えば、国際公開第２０１２／０２４４１５号、米国特許出願公開第２００７／１１３８０２号明細書および国際公開第２００６／０８７１１３号参照）。
【０００６】
概して、このようなコーティングは、ピストンクラウンのキャビティ内、いわゆるクーリングチャンネルにのみ施される。これは、クーリングチャンネルにオイルカーボンが目詰まりしてピストンがより冷えにくくなるのを防ぐためのものである。動作中にピストン温度が高くなると、ピストンの機械的故障に繋がる可能性がある。
【０００７】
国際公開第２００６／０８７１１３号において使用されるポリシロキサン層は、ゾルゲル法によって製造される。しかしながら、この方法は多孔質層をもたらし、その結果これらの層は気体透過性であり、酸化を回避するのに適していない。
【０００８】
オイルカーボンケーキングとは異なり、酸化は、特に燃焼ボウル縁領域において問題を引き起こす。この点で部品温度が最大となりかつ大きな機械的負荷が生じるためである。
【０００９】
これまではピストンの高温ガス腐食防止の実現性が不十分であったため、容易かつ低コストで適用でき、かつ高温ガス酸化を効果的に防止するコーティングに対する必要性が存在する。
【００１０】
この目的は、ポリシラザン系コーティングの使用を通じて、およびこのコーティングを施す特別な方法を通じて、本発明により解決される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２４４１５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／１１３８０２号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／０８７１１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止するためのポリシラザン系ポリマーを含むコーティングの使用に関する。
【００１３】
本発明の範囲内で、特に酸化によって最も損傷を受けるボウルの縁および隣接する表面を有利な方法で保護することができる。それ故に、本発明によれば、好適には、燃焼ボウルの縁、特に外側ピストンクラウン領域全体がコーティングされる。１つの特に好ましい実施形態では、燃焼ボウルを含むピストンクラウン全体がコーティングされる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、ポリシラザン系ポリマー（以下、ポリシラザン系コーティングとも呼ばれる）を含むコーティングが使用される。無機および有機ポリシラザンをベースとして使用することができる。本発明により使用される無機ポリシラザンは、式−（Ｈ２Ｓｉ−ＮＨ）ｎ−の成分を有するＳｉ原子およびＮ原子のアモルファスネットワークを形成し、ペルヒドロポリシラザンとも呼ばれる。有機ポリシラザンにおいて、ネットワークは有機基によって修飾され、式−（Ｒ１Ｒ２Ｓｉ−ＮＨ）−の成分を生じる。もちろん、無機および有機ポリシラザン単位を含むポリマーも使用することができる。
【００１５】
ポリシラザン系コーティングは、従来、電子部品に使用されている。このために市販されている製品は、本発明の範囲内で使用することができる。
【００１６】
ペルヒドロポリシラザン溶媒溶液は、無機ポリシラザンを形成するために使用される。例えば、ペルヒドロポリシラザンの２０％ジブチルエーテル溶液（例えば、ＡＺ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）を使用することができる。
【００１７】
有機ポリシラザンは、様々な置換基Ｒ１およびＲ２を有することができ、例えば、ビニル基で修飾されたポリシラザンを使用することができる。有機ポリシラザンは様々な溶媒、例えば酢酸ブチルに溶解することができる。これらの溶液は、場合によりさらなる有機混合物を含有することができる。適切な有機ポリシラザンの例は、ＨＴＴ１８００（Ｍｅｒｃｋ  ＫＧａＡ）ならびにＨＴＡ１５００（ＫｉＯＮ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）である。
【００１８】
コーティングの厚さは、好適には０．２μｍから４００μｍであり、厚みが大きい層は概して有機ポリシラザンを用いてのみ製造することができる。
【００１９】
コーティングの厚さは、特に無機ポリシラザンを用いる場合、０．２μｍから１０μｍが好ましく、特に０．５μｍから２μｍが好ましい。
【００２０】
ポリシラザンと湿度、水またはアルコールとの反応によりポリシロキサン層が形成され、無機ポリシラザンの場合には非晶質石英ガラス層が形成される。
【００２１】
本発明により、特にＣｒＭｏ合金鋼のピストンを酸化から効果的に保護することができる。これは、４２ＣｒＭｏ４ピストンにとって特に有利であることが分かっている。この合金は、高負荷時に高温ガス腐食によって許容できないほど急速に酸化されるので、通常低負荷から中負荷に対してのみ使用することができる。
【００２２】
さらに、本発明は、内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止するための方法に関する。この方法は、ピストンの領域に上述のポリシロキサン系コーティングを施すステップを含む。ポリシラザンのピストンへの塗布は、例えば、当業者に知られている方法で、塗装、注入および噴霧によって行うことができる。
【００２３】
このように塗布された組成物は、好適には、架橋のために１５℃から２５５℃の温度に加熱される。
【００２４】
ポリシラザン系コーティングは、湿気、水またはアルコールの影響下で、それ以降少なくとも部分的にポリシロキサン系コーティングに変換される。本発明による方法は、ポリシラザンネットワークがポリシロキサンネットワークに完全に変換するように特に適切な方法で行われる。
【００２５】
ゾルゲル法によって製造される従来技術で知られている層とは対照的に、このようにして製造されたポリシロキサン層は、多孔質ではなく、したがって気密性を有し、ピストンの酸化が防止される。
【００２６】
さらなる一実施形態では、本発明は、少なくとも燃焼ボウルの縁、より好適には外側ピストンクラウン領域全体、特に燃焼ボウルを含むピストンクラウン全体が、上述のポリシラザン系コーティングを備えるピストンに関する。
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月10日(2018.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止するためのポリシラザン系ポリマーを含むコーティングの使用。
【請求項２】
ピストンクラウン領域がコーティングされる、請求項１に記載の使用。
【請求項３】
少なくとも燃焼ボウルの縁、好適には燃焼ボウル全体がコーティングされる、請求項１または２に記載の使用。
【請求項４】
無機または有機ポリシラザン、好適には無機ポリシラザンが、ポリマーのベースとして使用される、請求項１から３の何れか一項に記載の使用。
【請求項５】
コーティングの厚さが、０．２μｍから４００μｍ、好適には０．２μｍから１０μｍ、特に０．５μｍから２μｍである、請求項１から４の何れか一項に記載の使用。
【請求項６】
鋼製ピストンを用いる、好適にはＣｒＭｏ合金鋼のピストンを用いる、特に４２ＣｒＭｏ４ピストンを用いる、請求項１から５の何れか一項に記載の使用。
【請求項７】
内燃機関内のピストンの酸化を低減または防止する方法であって、請求項１から６の何れか一項に記載のコーティングをピストンの領域に施すステップを含む方法。
【請求項８】
ポリシラザンが、１５℃から２５５℃の温度で架橋される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コーティングが、その後少なくとも部分的にポリシロキサン系コーティングに変換される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも燃焼ボウルの縁にコーティングが設けられている、請求項１から５の何れか一項に記載のコーティングを含む鋼製ピストンであって、特に内燃機関のピストン。
【請求項１１】
ピストンが、ＣｒＭｏ合金鋼のピストンである、好適には４２ＣｒＭｏ４のピストンである、請求項１０に記載のピストン。
【国際調査報告】
2019502867.tif 000002
2019502867.tif 000003
2019502867.tif 000004
2019502867.tif 000005